Resolviendo el enigma del origen de las exóticas galaxias ultra difusas de campo
Un estudio publicado en la revista “Nature Astronomy” realizado con simulaciones computacionales cosmológicas de última generación (TNG50), ha permitido revelar un gran misterio del Universo. Este descubrimiento realizado por un grupo internacional de científicos liderados por el astrónomo colombiano José Benavides de la Universidad Nacional de Córdoba en Argentina (UNC) podría explicar el origen de unas de las galaxias más exóticas conocidas hasta la actualidad en la astrofísica moderna.
Por: MSc y MA. Omar Bohórquez
Develando la oscuridad
Desde la antigüedad el deseo del hombre por observar el cielo ha sido una necesidad. Ya desde los astrónomos babilonios 3000 A.C. realizando observaciones con el ojo desnudo, pasando en el siglo XVII por las observaciones realizadas a través del telescopio por Galileo, la creación del telescopio reflector por parte de Newton, llegando al siglo XX con la creación de los grandes telescopios como los del monte Wilson y monte Palomar, incluso pasando por la creación de telescopios en órbitas espaciales como el Hubble el hombre ha ido superando sus limitaciones y en ese proceso ha develado lentamente la estructura del sistema solar, de la vía láctea y de gran parte del universo que lo rodea.
Ya adentrándose en el siglo XXI la creación de las cámaras CCD, el surgimiento del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), y la aparición de grandes telescopios de última generación ha permitido que la sensibilidad en las observaciones mejorara en el orden de 1´000.000 veces respecto a las observaciones realizadas con el ojo desnudo por parte de los babilonios en el pasado.
En este siglo esta tecnología ha permitido a los astrofísicos realizar observaciones de objetos nunca antes vistos. De esta manera han surgido grandes problemas teóricos en esta área, por ejemplo: como se determina de manera efectiva el borde de una galaxia, el asunto de los satélites perdidos de la vía Láctea y de Andrómeda o el reciente descubrimiento de las galaxias conocidas como Ultra-Difusas (UDGs).
¿Qué son las galaxias Ultra-Difusas (UDGs)?
Una galaxia es una agrupación de planetas, estrellas, polvo estelar, gas, nebulosas, cúmulos estelares y materia oscura, los cuales se mantienen unidos por su fuerza de gravedad. Estas estructuras cósmicas se pueden clasificar dependiendo de su tamaño, masa, forma, color y otros. Dentro de este tipo de galaxias se encuentran las galaxias enanas que son bastante pequeñas comparadas con las galaxias más convencionales, estas tienen del orden de cien mil veces menos masas que una galaxia como la Vía Láctea, convirtiéndose así en las estructuras galácticas más abundantes en el Universo.
Las galaxias Ultra-Difusas (UDGs por sus siglas en inglés) son galaxias de muy baja luminosidad, lo cual las hace muy difíciles de detectar. Estas tienen masas pequeñas del orden de las galaxias enanas, pero poseen dimensiones similares a las de las galaxias más grandes como la Vía Láctea. Como consecuencia su densidad estelar es muy baja llegando a ser miles de veces menor que la de una galaxia como la nuestra. Esta situación ha convertido a estas organizaciones estelares en unas excelentes candidatas para portar gran cantidad de materia oscura que garantice su estabilidad estructural.
El origen y formación de galaxias es uno de los problemas más grandes abiertos en la astrofísica moderna, pero en la actualidad quizás una de las interrogantes más importantes es como se formaron las galaxias Ultra-Difusas (UDGs).
El boom de las galaxias ultra difusas (UDGs)
La primera galaxia difusa fue descubierta en vecindades del Cúmulo de Virgo en el año de 1984 por Allan Sandage y Bruno Binggeli. En mayo de 2015 en la revista Astrophysical Journal apareció publicado un artículo que llevaba por título “Spectroscopic Confirmation Of The Existence Of Large, Diffuse Galaxies In The Coma Cluster”, este trabajo fue realizado por investigadores de la universidad de Yale y de otros centros de investigación del mundo. Esta investigación daba cuenta de la existencia de 47 UDGs en el cúmulo de Coma. Lo más impresionante de estos objetos no fue se baja luminosidad si no las dimensiones que presentaban (como objetos extensos), esto fue lo que verdaderamente llamo la atención de la comunidad académica.
Estos hallazgos se realizaron con el arreglo de teleobjetivos conocido como “DragonFly” (Libélula en español) telescopio diseñado para la detección de objetos de bajo brillo superficial como las galaxias Ultra-Difusas (UDGs). La galaxia insignia detectada con este arreglo fue llamada “DragonFly 44” en su honor. Esta galaxia fue muy llamativa desde el principio, ya que tenía mil veces menos estrellas que la Vía Láctea, pero contaba con una cantidad de materia oscura de proporciones similares a la de la nuestra. En pocas palabras era una galaxia con 99,9% de materia oscura. Este hecho ha sido uno de los temas más discutidos en los últimos años en el campo de la astrofísica centrada en estructuras Ultra-Difusas.
Galaxias Ultra Difusas de Campo
El escenario o contexto en el que se encuentran las galaxias UDGs es relevante para su dinámica y evolución, por esto es importante diferenciar estas estructuras dependiendo de su ambiente. Es decir, las UDGs que se encuentran rodeadas por otras galaxias, se podría decir que circulan en manada, sin embargo, en estos ambientes se pueden encontrar otras UDGs (Adjetivo) que quieren estar solas, aisladas de grupos. Las galaxias que caminan solitarias son denominadas en el ámbito académico como galaxias Ultra-Difusas de campo.
Dependiendo de cómo sea su ubicación en el rebaño las UDGs pueden tener una alta interacción con sus vecinas lo que va a traer como consecuencia una pérdida de gas, situación que disminuye su tasa de formación estelar. En estos escenarios la galaxia se va a caracterizar por presentar un color rojizo. Las galaxias que se encuentran fuera del rebaño (UDGs de campo) por su baja interacción con las demás van a tener más gas, esto hace que estas galaxias Ultra-Difusas tengan una alta tasa de formación estelar. Bajo estas circunstancias las galaxias se caracterizarán por tener un color azulado. El color en este marco se asocia a una medida de la formación estelar (y no porque se vean realmente de ese color, en referencia a nuestra idea cotidiana de color).
Sin embargo, extrañamente se pueden encontrar UDGs rebeldes fuera del rebaño que presenten una coloración rojiza, evento que desde el punto de vista teórico de la formación y evolución de galaxias no ha sido claro hasta ahora para los investigadores. En este sentido la investigación de Benavides y sus colaboradores podría dar explicación al origen y evolución de las galaxias Ultra- Tenues rojizas de campo.
El origen de las UDGs rojizas de campo
En este estudio internacional se usaron simulaciones computacionales cosmológicas y de alta resolución (TNG50). Estas simulaciones reproducen las características actuales de las UDGs. De manera similar a cuando se rebobina una película, las simulaciones permiten ir del futuro hacia el pasado o del pasado al futuro de estos arreglos galácticos. De esta manera fue posible percibir la evolución que tuvieron estos particulares objetos estelares a lo largo del tiempo.
Según la simulación, las galaxias Ultra-Difusas rojas se originan cuando de manera individual o en grupos caen a sistemas mucho más masivos. En este proceso estas galaxias son llevadas de manera acelerada a las regiones más densas, donde las fuertes interacciones gravitacionales les remueven el gas, quitándoles la posibilidad de seguir formando estrellas en el futuro. Posteriormente salen expulsadas del sistema, moviéndose en órbitas generalmente elípticas y de esta manera se convierten en las galaxias Ultra-Difusas rojas de campo.
El estudio plantea que al parecer deben existir muchas galaxias Ultra-Difusas de campo que aún no han sido detectadas. Además, el trabajo de Benavides y sus colaboradores, así como otros estudios, han mostrado que alrededor del 25% de las galaxias Ultra-Difusas en el campo deberían ser rojas.
Breve Biografía
José Benavides es un astrónomo colombiano que empezó su formación académica en la Universidad Pedagógica Nacional (UPN), realizando estudios de licenciatura en física. Después realizó estudios de Maestría en ciencias (Física) en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), graduándose con un trabajo titulado “Simulaciones numéricas de la caída de asociaciones de galaxias enanas al Halo de la Vía Láctea”. Y en la actualidad se encuentra realizando estudios Doctorales en Astronomía en la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) en Argentina, en la Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación (FAMAF). Trabajando de la mano con el reconocido astrónomo Dr. Mario Abadi.
«¡Al final obtuvimos un premio inmejorable!»
Benavides
Trabajo Futuro
“El objetivo del proyecto, con el acceso privilegiado en su momento a estas simulaciones, era estudiar el origen de las galaxias ultra-difusas (aplicable a todos los entornos). Sin embargo, en ese camino nos encontramos con información de este tipo de galaxias “apagadas” en el campo, lo que resultó ser muy atractivo para explorar en nuestros datos, así que ¡al final obtuvimos un premio inmejorable! Posteriormente planeamos ir al “otro extremo” y analizar galaxias enanas, pero de tamaños muy pequeños (conocidas como galaxias elípticas compactas y ultra compactas). Así que confiamos en que este es solo un inmejorable resultado de una serie de trabajos interesantes para el estudio de las galaxias enanas, las cuales son la población dominante (en número) en el Universo”, Afirma Benavides.
A modo de consumación
Por el proceso evolutivo que ha tenido la astrofísica de baja luminosidad en los últimos años, parece que en este ámbito se avecina una revolución sin parangón, empezando con trabajos reveladores como el realizado por el grupo internacional integrado por José Benavides, Laura Sales y Mario Abadi entre otros investigadores de talla internacional. Asimismo, se espera que con la incursión de nuevos telescopios como el James Webb y el Vera Rubin la detección y estudio de este tipo de galaxias revele nuevos datos que permitan descubrir paradigmas interestelares que hasta ahora se encuentran ocultos en el entramado del Universo.
Quiescent Ultra-diffuse galaxies in the field originating from backsplash orbits
Authors | José A. Benavides (IATE, CONICET/UNC, Argentina), Laura V. Sales (University of California, Riverside, Estados Unidos), Mario. G. Abadi (IATE, CONICET/UNC, Argentina), Annalisa Pillepich (Max-Planck-Institut für Astronomie, Alemania), Dylan Nelson (Institut für Theoretische Astrophysik, Alemania), Federico Marinacci (University of Bologna, Italia), Michael Cooper (University of California, Irvine, Estados Unidos), Ruediger Pakmor (Max-Planck Institut für Astrophysik, Alemania), Paul Torrey (University of Florida, Estados Unidos), Mark Vogelsberger (Massachusetts Institute of Technology, Estados Unidos) & Lars Hernquist (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, Estados Unidos).
Link del artículo: https://www.nature.com/articles/s41550-021-01458-1
Referencias
Benavides, J.A., Sales, L.V., Abadi, M.G. et al. Quiescent ultra-diffuse galaxies in the field originating from backsplash orbits. Nat Astron (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01458-1
van Dokkum, P. G., Romanowsky, A. J., Abraham, R., Brodie, J. P., Conroy, C., Geha, M., … & Zhang, J. (2015). Spectroscopic confirmation of the existence of large, diffuse galaxies in the coma cluster. The Astrophysical Journal Letters, 804(1), L26.
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Ahora, C. (2020, 13 octubre). Resuelto el enigma de la extraña galaxia Dragonfly 44, compuesta en un 99,99% de materia oscura. ElDiario.es. https://www.eldiario.es/canariasahora/nekuni/astros/resuelto-enigma-extrana-galaxia-dragonfly-44-compuesta-99-99-materia-oscura_1_6289446.html
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